KR100270404B1 - 이반응기형 청색 반응성 염료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이반응기형 청색 반응성 염료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 반응기가 도입되어 있어 물에 대한 용해도가 낮아 여과시 여액으로 빠져나가는 염료의 손실량을 최대한 줄일 수 있고 염석(salting-out)이 용이하여 염석공정시에는 기존 염료에서보다 소량의 염(salt)을 사용하게 되므로 폐수처리 비용을 크게 절감시키는 효과를 가짐은 물론이고 직접성이 좋아 염착률이 높으며 선명한 색상을 띄는 장점을 가진 다음 화학식 1로 표시되는 모노클로로트리아진과 아세톡시에틸설폰을 반응기로 갖는 이반응기형 청색 반응성 염료에 관한 것이다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서: M은 알칼리금속원자를 나타낸다.

Description

이반응기형 청색 반응성 염료
본 발명은 이반응기형 청색 반응성 염료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 반응기가 도입되어 있어 물에 대한 용해도가 낮아 여과시 여액으로 빠져나가는 염료의 손실량을 최대한 줄일 수 있고 염석(salting-out)이 용이하여 염석공정시에는 기존 염료에서보다 소량의 염(salt)을 사용하게 되므로 폐수처리 비용을 크게 절감시키는 효과를 가짐은 물론이고 직접성이 좋아 염착률이 높고 선명한 색상을 띄는 장점을 가진 다음 화학식 1로 표시되는 모노클로로트리아진과 아세톡시에틸설폰을 반응기로 갖는 이반응기형 청색 반응성 염료에 관한 것이다.
상기 화학식 1에서: M은 알칼리금속원자를 나타낸다.
반응성 염료를 합성한 후 반응 혼합물로부터 염료를 분리하는 방법중의 하나로 염석(salting-out)을 실시하고 있다. 그러나, 비닐설폰계 반응성 염료 제조시 아미노페닐-β-설페이토에틸설폰 화합물을 중간체로 사용하여 염료를 합성하는 경우, 염료의 물에 대한 용해도가 높기 때문에 염석(salting-out)이 잘 되지 않아 분사 건조시키거나 다량의 염을 사용하고 있다. 이러한 분사 건조 또는 다량의 염(salt)을 이용한 염료 분리방법은 염료 및 염 농도가 높은 폐수를 발생시켜 환경 오염의 주범이 될 수 있으며 잔류염료의 농도가 높기 때문에 폐수처리에 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.
특히, 아미노페닐-β-설페이토에틸설폰을 반응기로 갖는 청색 반응성 염료는 높은 수용해도로 인하여 직접성이 떨어지는 문제가 있다.
최근, 유럽 및 미국 등 선진국에서는 염색 폐수의 염 농도도 환경 규제의 대상이 되고 있어서 소량의 염을 포함하는 저염 염료를 만들려는 연구가 계속되고 있고, 이런 염료들이 현재 출시되고 있다. 또한 작업자의 건강 및 최근의 염색공정 자동화에 따른 정확한 계량을 위해 액화염료를 사용하려는 경향이 점차 증가되고 있는 추세에 있는 바, 안정한 액화염료를 만들기 위해서는 염이 제거된 고농도의 염료를 사용해야 한다.
따라서, 아미노페닐-β-설페이토에틸설폰을 사용하여 합성된 염료에 비하여 물에 대한 용해도가 상대적으로 낮은 다음 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 화합물을 반응기로 사용하여 염료를 합성하면 특별한 경우를 제외하고는 대부분의 경우에 염석이 매우 용이하다.
상기 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 화합물을 반응기로 사용하는 염료 합성과정에서는 염석공정에서 기존 염료보다 소금의 사용량을 줄일 수 있어 폐수의 염 농도를 낮출 수 있다. 또한, 염료의 용해도가 낮아 여과시 여액으로 빠져나가는 염료의 양이 적기 때문에 기존의 염료 제조방법보다 폐수의 염료 농도를 낮출 수 있어서 폐수 처리 비용을 절감할 수 있다. 또한, 이런 방법으로 얻어진 염료는 보다 적은 양의 염을 포함하는 고순도의 염료를 얻을 수 있어서 염색 폐수의 염 농도를 줄일 수 있으며, 액화염료를 만들기 위한 탈염 과정도 보다 용이해진다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 이미 공지된 화합물로서 이의 제조방법이 여러 문헌에 개시되어 있다. 그 중에서도 특히 4-아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰의 제조예[일본특허공개 소81-22354호, 독일특허 제2,929,107호]를 다음 반응식 1에 나타내었다.
상기 반응식 1에 의해, 4-아세트아미노페닐-β-하이드록시에틸설폰과 98% 황산을 반응시켜 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물이 최고 70:30 비율로 혼합되어 있는 혼합물을 얻은 바 있으며, 이 혼합물을 사용하여 합성된 염료는 좋은 염색 특성을 나타낸다고 보고한 바 있다. 그러나, 상기 반응식 1에 의해 얻은 혼합물을 이용하여 염료를 합성하면, 4-아미노페닐-β-설페이토에틸설폰 존재로 인한 높은 수용해도로 인하여 직접성이 떨어지는 문제가 있다.
현재까지 보고된 바에 의하면 상기 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰을 이용하여 상기 화학식 1로 표시되는 청색 반응성 염료를 합성한 예는 없다.
이에 본 발명의 발명자들은 청색 반응성 염료를 고수율 및 고순도로 제조 할 수 있는 방법에 대하여 연구 노력한 결과, 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰과 모노클로로트리아진을 동시에 반응기로 사용하여 청색 반응성 염료를 합성함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 염료 제조시 오염원을 줄이고, 색상이 선명하고, 낮은 수용해도를 가지며 직접성이 좋아 염착률이 높은 이반응기형 청색 반응성 염료를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 이반응기형 청색 반응성 염료에 관한 것이다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 : M은 알칼리금속원자를 나타낸다.
또한, 본 발명은 a) p-설파닐산을 디아조화하고 pH 1∼2 및 0∼5℃ 조건에서 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산 중화액과 커플링 반응시키는 과정; b) 이와는 별도로 0∼5℃ 조건에서 m-페닐렌디아민-4-설폰산 중화액과 시아누릭 클로라이드(Cyanuric chloride)를 축합반응시키는 과정; c) 상기 b) 축합물을 디아조화한 후, 0∼5℃ 조건에서 a) 반응액에 일시에 투입하고 pH 7 이하로 유지시켜 커플링 반응시키는 과정; 그리고 d) 상기 c) 반응용액에 40∼45℃ 조건에서 다음 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰을 첨가하고 축합반응시키는 다음 화학식 1로 표시되는 이반응기형 청색 반응성 염료의 제조방법을 포함한다.
[화학식 2]
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 : M은 알칼리금속원자를 나타낸다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 이반응기형 청색 반응성 염료의 제조과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
첫 번째 과정은 p-설파닐산을 통상의 방법대로 디아조화한 후, 이를 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산 중화액과 커플링 반응시키는 과정이다.
이때, 디아조화 방법은 통상의 방법으로서 예컨대 0∼5℃의 온도에서 p-설파닐산을 물에 분산시킨 후 진한 염산과 NaNO2를 첨가하여 디아조화 반응을 수행한다. 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산 중화액은 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산에 염기를 투입하여 화합물에 존재하는 설폰산기(-SO3H)를 설폰산 금속염(-SO3M)으로 전환시킨 용액이다. 이때 사용되는 염기로는 알칼리금속 수산화물, 알칼리금속 탄산염 등 통상적인 것으로서, 바람직하기로는 NaOH, LiOH, Na2CO3,Li2CO3를 사용한다. 염기의 사용량은 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산에 대하여 당량비로 투입한다. 그리고, pH 1∼2 및 0∼10℃ 바람직하기로는 0∼5℃의 반응조건을 유지하면서 상기 중화액에 디아조화물을 서서히 첨가하여 커플링 반응시킨다. 이때, pH를 1 미만으로 유지하게 되면 반응이 매우 느리게 진행되는 문제가 있고, pH 2를 초과하면 부반응이 일어나는 문제가 있어 역시 바람직하지 않다. 그리고, 반응온도가 0℃ 미만이면 반응속도가 너무 느린 문제점이 있고, 10℃를 초과하면 부반응이 진행되는 문제가 있어 바람직하지 않다.
두 번째 반응은 별도의 반응용기에서 m-페닐렌디아민-4-설폰산 중화액과 시아누릭 클로라이드(Cyanuric chloride)를 축합반응시키는 과정이다. m-페닐렌디아민-4-설폰산 중화액은 상기 첫 번째 반응에서 예시한 염기를 사용하여 화합물에 존재하는 설폰산기(-SO3H)를 설폰산 금속염(-SO3M)으로 전환시킨 용액이다. 그리고, 온도 0∼5℃ 조건하에서 축합반응을 수행하여 부산물의 생성을 최대한 억제토록 한다.
세 번째 반응은 상기 첫 번째 및 두 번째 반응에서 제조한 반응액을 혼합하여 커플링 반응시키는 과정이다. 커플링 반응을 수행함에 앞서, 상기 두 번째 과정에서 얻은 축합물을 통상의 방법에 의해 디아조화한다. 커플링 반응은 pH 이하 및 0∼5℃ 조건하에서 수행하는 것이 바람직하다.
네 번째 과정은 상기 세 번째 과정의 반응혼합물에 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰을 첨가한 후, 반응용액을 40∼45℃로 서서히 올리고 축합반응시켜 본 발명이 목적으로 하는 상기 화학식 1로 표시되는 모노클로로트리아진과 아세톡시에틸설폰의 두 가지 반응기를 동시에 가지는 이반응기형 청색 반응성 염료를 제조한다. 이때 축합반응은 40∼45℃ 온도범위 내에서 수행하며 축합반응이 완료되면 염석(salting-out)하여 목적물을 얻는다.
또한, 본 발명에서 원료물질로 사용하는 상기 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 화합물은 아세트아미노페닐-β-하이드록시에틸설폰을 염화수소가 포함된 아세트산 용액과 반응시키는 간단한 방법에 의해 제조하여 사용한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 제조방법에서는 상기 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰을 맨 마지막으로 도입하는 바, 본 발명자들의 실험결과에 따르면 상기 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰을 미리 도입하게 되면 부반응 생성물이 많이 생기는 문제가 있다.
특별히 선명한 색상의 염료를 얻으려면 불순물 제거를 위해 염석과정을 거친다. 종래의 아미노페닐-β-설페이토에틸설폰을 반응기로하는 염료는 물에 대한 용해도가 높아 염석이 어려워 불순물의 제거가 쉽지 않으므로 색상이 선명하지 않을 뿐 아니라 다량의 염 사용으로 염료와 폐수에 많은 양의 염을 포함하게 된다.
그러나 상기 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 화합물을 사용하면 우수한 결정성 및 낮은 수용해도로 인하여 염석이 용이하여 적은 양의 염을 포함하는 고농도 염료 및 반응부산물이 거의 포함되지 않은 순수한 염료를 얻게 되므로 염료로부터의 염의 제거가 용이하여 작업자의 건강 및 최근의 염색공정 자동화에 따른 정확한 계량을 위한 액화염료를 만드는데 특히 유리하다. 그리고, 여액에는 보다 적은 미반응 염료 및 염을 포함하고 있어 폐수처리면에서도 경제적이다. 또한, 상기 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 화합물은 아미노페닐-β-설페이토에틸설폰 화합물에 존재하는 설폰산기(-SO3H)가 없기 때문에 커플링 반응을 위한 중화시 사용되는 알칼리의 양을 줄일 수 있다.
본 발명의 이반응기형 청색 반응성 염료를 면섬유에 염색하면 종래의 청색 반응성 염료로 염색된 천에 비하여 염착률, 색수율 및 견뢰도가 매우 우수함을 나타낸다.
이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
[4-아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰의 제조]
100㎖ 반응기에 고무풍선을 단 콘덴서를 부착시킨 다음, 여기에 아세트산 60g(1 mol)과 물 1.8g(0.1 mol)을 넣고 반응용액의 온도를 15℃로 유지하면서 염화수소기체 5.5g(0.15 mol)을 1.5 내지 2시간에 걸쳐서 서서히 반응용액에 주입하였다. 4-아세트아미노페닐-β-하이드록시에틸설폰 24.3g(0.1 mol)을 넣고 1시간에 걸쳐서 70∼75℃로 서서히 가열한 후, 9시간 동안 교반하였다.
천천히 교반하면서 반응물을 실온으로 냉각시킨 후 여과하고 아세트산(5 ㎖ )으로 2회 세척하였다. 여과된 고체를 60℃에서 진공 건조시킨 후, 얼음(10g)과 물(25 ㎖ )에 분산시킨 다음, 용액이 중성이 되도록 15% 탄산나트륨 수용액으로 중화시켜 결정을 여과하였다. 물(5 ㎖ )로 3회 세척한 후 건조하여 고체형태인 백색의 순수한 4-아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 20.6g(수율 84.8%, 순도 97.5%)을 얻었다.
녹는점 : 92∼93℃
[실시예 1]
[a 과정]
p-설파닐산 5.20g(0.03 mol)을 물 60 ㎖에 분산시킨 후 35% HCl 5.21 ㎖(0.06 mol)를 가하였다. 반응물의 온도를 0∼5℃로 유지시킨 후 여기에 얼음 10g을 넣은 다음, NaNO210.0 ㎖(3N, 0.03mol)를 첨가하였다. 1시간 동안 교반하여 디아조화를 완결시킨 후 소량의 설파믹산을 가하여 과량의 HNO2를 제거하였다. 별도의 반응용기에 물 4 ㎖와 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산 9.58g(0.03 mol)을 투입하고 NaOH 수용액으로 중화시킨 후 중화액을 상기 디아조액에 pH 1∼2를 유지하면서 천천히 첨가하고, pH 1∼2에서 3시간 더 교반하여 커플링 반응을 완결시켰다.
[b 과정]
m-페닐렌디아민-4-설폰산 6.21g(0.033 mol)을 물 40 ㎖에 분산시킨 후 4N NaOH 수용액 8.25 ㎖를 가하여 중화시켜 녹였다. 별도의 반응용기에서 시아누릭 클로라이드 5.99g(0.033 mol)에 물 60 ㎖와 얼음 10g을 넣어 분산시킨 다음 여기에 상기 m-페닐렌디아민-4-설폰산 중화액을 0∼5℃의 온도에서 1시간에 걸쳐 서서히 첨가한 후 30분간 더 교반하여 축합반응을 완결시켰다.
[c 과정]
상기 b과정에서 얻은 축합용액에 35% HCl 6.88 ㎖(0.0792 mol)를 가하고, 반응물의 온도를 0∼5℃로 유지시킨 후 반응물에 얼음 10g을 넣은 다음, NaNO211.0 ㎖(3N, 0.033mol)를 첨가하였다. 1시간 동안 교반하여 디아조화를 완결시킨 후 소량의 설파믹산을 가하여 과량의 HNO2를 제거하였다.
그리고 상기 a)과정에서 얻은 모노아조 화합물의 수용액의 온도를 0∼5℃로 유지시키고 여기에 얼음 10g을 넣은 다음, 상기 디아조액을 일시에 가하였다. 10여분 후에 15% Na2CO3수용액 40 ㎖를 적하 깔때기를 이용하여 pH가 7이 넘지 않도록 30분 이상 동안 천천히 적가한 후 2시간 더 교반하여 반응을 완결시켰다.
[d 과정]
상기 c과정에서 얻은 비스아조 화합물 수용액에 4-아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 8.03g(0.033 mol)를 가하고 1시간에 걸쳐 40∼45℃로 서서히 승온하였다. pH를 3∼5로 조정하면서 2시간 더 교반하여 반응이 완결되면 pH를 7.5로 한 후 KH2PO4를 소량 가하여 pH 6∼6.5로 조정하였다. 염석한 후 여과하고 건조하여 아세톡시에틸설폰기가 ρ-위치에 있는 청색 반응성 염료를 얻었다.
[실시예 2]
[a 과정]
p-설파닐산 5.46g(0.0315 mol)을 물 50 ㎖에 분산시킨 후 35% HCl 5.48 ㎖(0.063 mol)를 가하였다. 반응물의 온도를 0∼5℃로 유지시킨 후 여기에 얼음 10g을 넣은 다음, NaNO210.5 ㎖(3N, 0.0315mol)를 첨가하였다. 1시간 동안 교반하여 디아조화를 완결시킨 후 소량의 설파믹산을 가하여 과량의 HNO2를 제거하였다.
별도의 반응용기에 물 40 ㎖와 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산 9.58g(0.03 mol)을 투입하고 NaOH 수용액으로 중화시킨 중화액을 pH 1∼2를 유지하면서 상기 디아조액에 천천히 첨가하고, pH 1∼2에서 5시간 더 교반하여 커플링 반응을 완결시켰다.
[b 과정]
m-페닐렌디아민-4-설폰산 6.21g(0.033 mol)을 물 40 ㎖에 분산시킨 후 4N NaOH 수용액 8 ㎖를 가하여 중화시켜 녹였다. 별도의 반응용기에서 시아누릭 클로라이드 6.6g(0.036 mol)에 물 40 ㎖에 분산시킨 다음 0∼5℃로 유지시키고, 여기에 얼음 10g을 넣은 후 상기 m-페닐렌디아민-4-설폰산 수용액을 40여분에 걸쳐 서서히 첨가한 후 30분간 더 교반하여 축합반응을 완결시켰다.
[c 과정]
상기 b과정에서 얻은 축합용액에 35% HCl 6.88 ㎖(0.0792 mol)를 가하고, 반응물의 온도를 0∼5℃로 유지시킨 후 반응물에 얼음 10g을 넣은 다음, NaNO211.0 ㎖(3N, 0.033mol)를 첨가하였다. 1시간 동안 교반하여 디아조화를 완결시킨 후 소량의 설파믹산을 가하여 과량의 HNO2를 제거하였다.
그리고 상기 a과정에서 얻은 모노아조 화합물의 수용액의 온도를 0∼5℃로 유지시키고 여기에 얼음 10g을 넣은 다음, 상기 디아조액을 일시에 가하였다. 10여분 후에 15% Na2CO3수용액 70 ㎖를 적하 깔때기를 이용하여 30분 이상 동안 천천히 적가한 후 2시간 더 교반하여 반응을 완결시켰다.
[d 과정]
상기 c과정에서 얻은 비스아조 화합물 수용액에 3-아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 HCl 8.81g(0.0315 mol)를 가하고 15% Na2CO3수용액으로 pH를 4∼5를 유지하면서 40∼45℃로 서서히 승온하여 1시간 더 교반하여 반응이 완결되면 pH를 7.5로 한 후 KH2PO4를 소량 가하여 pH를 6∼6.5로 조정하였다. 염석한 후 여과하고 건조하여 아세톡시에틸설폰기가 메타위치에 있는 청색 반응성 염료를 얻었다.
[비교예]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하되, 4-아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 대신에 4-아미노페닐-β-설페이토에틸설폰을 사용하여 청색 반응성 염료를 얻었다.
[실험예]
상기 실시예 1∼2 및 비교예에서 합성한 청색 반응성 염료를 면에 침염 염색을 실시한 후, 염착률과 제반 견뢰도를 측정하였다. 염착률은 다음 수학식 1에 의해 측정하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서 : A0는 염색 전 염욕의 흡광도를 나타낸 것이고, A는 염색과 수세후 잔욕의 흡광도의 합을 나타낸 것이다.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 청색 반응성 염료(실시예 1 및 실시예 2)를 이용하여 얻어진 염색물은 구조는 같지만 반응기가 전혀 다른 종래의 청색 반응성 염료(비교예)와 비교하여 월등히 높은 염착률을 보여 주었다. 일광견뢰도는 등급은 같지만 변색 정도가 보다 적었다. 세탁견뢰도(KS K 030 A-4), 땀(산성, 알카리성)견뢰도(AATCC Method 14) 및 염소견뢰도(JIS-0884-1983)는 모두 5등급으로서 뛰어 났고, 균염성 및 재현성도 우수하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 모노클로로트리아진과 아세톡시에틸설폰을 반응기로 갖는 이반응기형 청색 반응성 염료는 제조시 오염원을 줄일 수 있고, 색상이 선명하고, 낮은 수용해도를 가지며 직접성이 좋아 염착률이 높음을 알 수 있다.

Claims (2)

  1. 이반응기형 청색 반응 염료에 있어서, 다음 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰 화합물이 축합반응시 반응기로 도입되어 이루러진 다음 화학식 1로 표시되는 이반응기형 청색 반응성 염료.
    [화학식 1]
    상기 화학식 1에서 : M은 알칼리금속원자를 나타낸다.
    [화학식 2]
  2. 이반응기형 청색 반응 염료에 있어서, a) p-설파닐산을 디아조화하고 pH 1∼2, 0∼5℃ 조건에서 1-나프톨-8-아미노-3,6-디설폰산 중화액과 커플링 반응시키는 과정; b) 이와는 별도로 0∼5℃ 조건에서 m-페닐렌디아민-4-설폰산 중화액과 시아누릭 클로라이드(Cyanuric chloride)를 축합반응시키는 과정; c) 상기 b) 축합물을 디아조화한 후, 0∼5℃ 조건에서 a) 반응액에 일시에 투입하고 pH 7 이하로 유지시켜 커플링 반응시키는 과정; 그리고 d) 상기 c) 반응용액에 40∼45℃ 조건에서 다음 화학식 2로 표시되는 아미노페닐-β-아세톡시에틸설폰을 첨가하고 축합반응시키는 것을 특징으로 하는 다음 화학식 1로 표시되는 이반응기형 청색 반응성 염료의 제조방법.
    [화학식 2]
    [화학식 1]
    상기 화학식 1에서 : M은 알칼리금속원자를 나타낸다.
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